水流星中的水真的会流出吗

　　水流星中的水真的会流出吗
　　
　　作者/ 王鹏
　　
　　在近期圆周运动的教学中，水流星的问题无疑是圆周运动中的一个经典的模型。在水流星过最高点时的条件也是学生解决此类问题的难点，但是最近发现很多学生教辅用书上都出现了水流星过最高点水能否流出的问题。本人认为此处出现了一点与实际相违背的问题。
　　
　　题目：杂技演员表演“水流星”：在长为L=1.6m的细绳一端，系一个总质量为m=0.5kg的盛水容器，以绳另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动。若“水流星”通过最高点的速度为v=4m/s，不计空气阻力，g=10m/s2，则下列说法中正确是（ ）
　　
　　A.“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出
　　
　　B.“水流星”通过最高点时，绳的张力和容器底受到的压力均为0
　　
　　C.“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受力的作用
　　
　　D.“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为5N
　　
　　分析：水流星在最高点的临界速度v=/gr=4m/s，由此知道绳子的拉力为零，水流星的水便不会流出。所以C正确，A、B、D错。言外之意，当水流星在最高点的速度小于/gr时，水流星中的水便会流出。在学生所用的众多教辅用书中也都提到了水流星在最高点时的速度等于/gr是水流星中水能不能流出的临界状态。自然也被众多的学生所接受。
　　
　　我们不妨来仔细分析一下，当水流星在最高点的速度小于/gr时，水所受到的重力大于水做圆周运动所需要的向心力，从而水会偏离原来的圆形轨道做近心运动。而我们是否想过，此时装水的桶所受的重力也是大于桶做圆周运动所需要的向心力，桶不是同样要偏离圆形轨道而做近心运动吗？此时水和桶都偏离圆形的轨道。如果水和桶的轨道相同的话，水自然会安静地待在桶里。试分析一下，偏离圆形轨道的瞬间，水和桶具有相同的初速度，而接下来的运动中，水和桶又都只受到重力的作用，试问，它们的轨道会不同吗？这就相当于我们在学习抛体运动中经常遇到的问题，装满水的瓶子，把瓶盖打开，不管你向什么方向扔出，此时处于完全失重状态，瓶中的水都不会流出。而水流星在最高点的速度小于
　　
　　/gr时，水和桶一起离开圆形轨道自然也是在做一个抛体运动，
　　
　　水又如何能流出呢？
　　
　　就此问题，在课堂上和课下也多次通过实验来验证水到底会不会因为在最高点的速度小于/gr而流出，多次的试验让事实给了我们最好的答案，水怎样也不会流出。因此，此类问题我看改成“当水流星在最高点的速度小于/gr，水流星将不会沿着圆形轨
　　
　　道运动”更为确切。在现实的表演中若在最高点的速度小于/gr也就意味着表演的失败，而不能说水会流出。
　　
　　参考文献：
　　
　　何玉林。水流星常见问题之浅见。中学物理教学参考，2006（02）。
　　
　　（作者单位 浙江省桐庐县桐庐中学） 《水流星中的水真的会流出吗》